Development of a colorimetric boronic acid-based chemosensor for determining D-glucose

开发用于测定 D-葡萄糖的比色硼酸化学传感器

• 批准号: 19J11173
• 负责人: 鈴木 陽太
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Waseda University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J11173/
• 关键词: ボロン酸; グルコース; センサー; 分子認識; 糖; メカニズム; 酸性度; 比色; 化学センサー; 糖類; アゾ化合物; 反応機構

近代の食生活の変化から、糖尿病の診断のための簡便なD-グルコース濃度の測定システムの開発が急務である。本研究では、ボロン酸と糖類の反応に関する反応論的基礎研究に基づいて設計した、糖類との反応が効率よく進行するピリジニウムボロン酸（PyB）部位と、糖類との反応によって劇的に色調が変化するオルトアゾフェニルボロン酸（azoB）部位を構造内に持つジボロン酸型比色D-グルコース定量試薬の開発を行った。本年度は主にジボロン酸の合成とその評価を行った。弱塩基性の水/メタノール混合溶媒中で、合成したジボロン酸はmMオーダーのD-グルコース、D-ガラクトースと反応し、溶液の色調が紫色からピンク色へと変化した。種々の分光光度法による測定から、D-グルコースとD-ガラクトースはジボロン酸構造内の二つのボロン酸部位との結合を介して、1:1錯体を形成することが確認された。つまり、構造内のPyB部位によって捕捉された糖類が、azoB部位へ閉環的に配位し、azoB部位のホウ素中心の構造が変化することで溶液の色調変化が生み出されることが示された。pHが一定の条件下で、種々のリンカー構造を持つ一連のジボロン酸と糖類の反応の条件生成定数K’を測定した。その結果、リンカーの炭素数が減少するに従いD-グルコースとの反応のK’が増大し、一方で炭素数が多くなるに従いD-ガラクトースとの反応のK’が増大した。また、リンカーの構造の剛直性が高いとき、D-グルコースとD-ガラクトースを検出する感度が高くなることが分かった。つまり、リンカーの構造の選択によって、各糖類への選択性の制御が可能である。上記の成果に加え、本研究から得られた知見に基づき、azoBによる溶媒分子やアニオンの検出能も併せて評価した。これらの特性は生体内における分子やイオンの挙動を研究するにあたって有用であると期待される。

Modern の の food life - the か ら, diabetes の diagnosis の た め の is simple な D - グ ル コ ー ス concentration determination の シ ス テ ム の open 発 が because で あ る. This study で は, ボ ロ ン acid と sugar の anti 応 に masato す る basic research of the theory of anti 応 に base づ い て design し た, sugar と の anti 応 が sharper rate よ く for す る ピ リ ジ ニ ウ ム ボ ロ ン と acid (PyB) parts, sugar と の anti 応 に よ っ て play に tonal が variations change す る オ ル ト ア ゾ フ ェ ニ ル ボ ロ ン acid (azoB) within the を structure に つ Youdaoplaceholder0 <s:1> acid-type colorimetric D-グ コ コ ス ス quantitative test reagent development を line った. This year, the <s:1> main にジボロ <e:1> acid <s:1> synthesis とそ <s:1> is evaluated in 価を and った. Weak salt basic の water / メ タ ノ ー ル で in the mixed solvent, synthetic し た ジ ボ ロ ン acid は mM オ ー ダ ー の D - グ ル コ ー ス, D - ガ ラ ク ト ー ス と anti 応 し の is tonal, solution が purple か ら ピ ン ク color へ と variations change し た. Determination of kinds of 々 の spectrophotometry に よ る か ら, D - グ ル コ ー ス と D - ガ ラ ク ト ー ス は ジ ボ ロ ン acid structure の within two つ の ボ ロ ン acid site と の combining を interface し て, 1:1 misprinted を form す る こ と が confirm さ れ た. つ ま り, construct の PyB parts に よ っ て capture さ れ が た sugar and azoB へ に coordination し, azoB parts of the closed-loop の ホ の ウ element center of が variations change す る こ と で solution の tonal variations change が raw み out さ れ る こ と が shown さ れ た. PH が の で below certain condition, the kind of 々 の リ ン カ を hold つ ー structure for の ジ ボ ロ ン acid と sugar の anti 応 の conditions generated determination of constant K "を し た. そ の results, リ ン カ ー の carbon number が reduce す る に 従 い D - グ ル コ ー ス と の anti 応 の K 'が raised し, one party で carbon number more than が く な る に 従 い D - ガ ラ ク ト ー ス と の anti 応 の K' が raised large し た. ま た, リ ン カ ー の tectonic の just laymen が high い と き, D - グ ル コ ー ス と D - ガ ラ ク ト ー ス を 検 out す る sensitivity high が く な る こ と が points か っ た. Youdaoplaceholder0 ま ま, リ カ カ カ, <s:1> structure <e:1> is selected as 択によって, each carbohydrate へ is selected as 択 property <s:1> to control が possible である. Written に plus え の results, this study か ら have ら れ た knowledge に base づ き, azoB に よ る solvent molecules や ア ニ オ ン の 検 can も and せ て review 価 し た. The study of における molecules in the における body や <s:1> <s:1> <s:1> 挙 挙 movement を is するにあたって useful であると and expected される.

项目成果

アゾフェニルボロン酸型糖センサーの糖類に対する反応性と反応に伴う色調変化の検討

检查偶氮苯基硼酸型糖传感器对糖的反应性以及与反应相关的颜色变化

• 发表时间: 2019
• 作者: 〇鈴木陽太;菅谷知明;石原浩二
• 通讯作者: 石原浩二

高い酸性度のボロン酸を骨格内に有するジボロン酸型比色糖化学センサーの開発

以强酸性硼酸为骨架的二硼酸型比色糖化学传感器的研制

• 发表时间: 2020
• 作者: 〇鈴木 陽太;菅原 梨沙;菅谷 知明;石原 浩二
• 通讯作者: 石原 浩二

オルトアゾフェニルボロン酸を用いた有機溶媒中の水分の比色検出

使用邻偶氮苯硼酸比色检测有机溶剂中的水

• 发表时间: 2020
• 作者: 〇新谷 佳久;鈴木 陽太;菅谷 知明;石原 浩二
• 通讯作者: 石原 浩二

Sensing mechanism of o-azophenylboronic acid-based chemosensors for saccharide: color change caused by solute-solvent interaction

基于邻偶氮苯基硼酸的糖类化学传感器的传感机制：溶质-溶剂相互作用引起的颜色变化

• 发表时间: 2019
• 作者: 〇Yota Suzuki;Koji Ishihara
• 通讯作者: Koji Ishihara

o-Azophenylboronic Acid-Based Colorimetric Sensors for d-Fructose: o-Azophenylboronic Acids with Inserted Protic Solvent Are the Key Species for a Large Color Change

基于邻偶氮苯基硼酸的 d-果糖比色传感器：插入质子溶剂的邻偶氮苯基硼酸是产生大颜色变化的关键物质

• DOI: 10.1021/acs.joc.0c01011
• 发表时间: 2020
• 期刊: The Journal of Organic Chemistry
• 作者: Suzuki Yota;Ikeda Ayumi;Ohno Keiji;Fujihara Takashi;Sugaya Tomoaki;Ishihara Koji
• 通讯作者: Ishihara Koji